【創(chuàng)新設(shè)計】2021高考物理二輪復(fù)習(xí)(江蘇專用)-專題提升訓(xùn)練-第11講-力學(xué)實驗中?？嫉?個問題

第11講力學(xué)試驗中?？嫉?個問題1．請正確填寫下列基本儀器的讀數(shù)：圖5－11－21 (1)用游標(biāo)尺為20分度的卡尺測量某物體的長度如圖5－11－21甲所示，由圖可知其長度為________cm； (2)用螺旋測微器測量某導(dǎo)線直徑如圖乙所示，由圖可知其直徑為________mm； (3)用多用電表的電阻“×10” (4)圖丁中電阻箱的讀數(shù)為________Ω. 解析(1)游標(biāo)尺零刻度線對應(yīng)的主尺上整數(shù)部分為50mm，游標(biāo)尺第3條刻度線與主尺53mm刻度線對齊，3×0.05mm＝0.15mm，故讀數(shù)為50.15mm，即5.015cm. (2)螺旋測微器讀數(shù)為4.5mm＋19.8×0.01mm＝4.698mm(4.696～4.700mm均正確)． (3)多用電表測電阻不需要估讀．用多用電表測電阻的方法：電阻的測量值＝表的示數(shù)×倍率．故答案為22×10Ω＝220Ω. (4)電阻箱的讀數(shù)方法：將每個旋鈕上指針?biāo)傅臄?shù)值(都為整數(shù))乘以各自的倍率，從最高位依次往下讀，即可得到電阻箱的實際阻值．故讀數(shù)為84580.2Ω. 答案(1)5.015 (2)4.698(4.696～4.700均正確) (3)220(4)84580.22．某同學(xué)利用圖5－11－22甲所示的器材探究“力的平行四邊形定則”，試驗步驟如下：圖5－11－22 ①將一輕質(zhì)小圓環(huán)(可視為質(zhì)點)與三根輕繩相連，如圖甲所示，豎直方向的輕繩掛上彈簧秤，另外兩根輕繩分別掛上鉤碼(每個鉤碼的重量已知)．試驗時用力沿豎直方向緩慢拉彈簧秤，使三根輕繩處于伸直狀態(tài)．現(xiàn)緩慢轉(zhuǎn)變彈簧秤的示數(shù)，使輕質(zhì)小圓環(huán)在三根輕繩的作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)． ②保持彈簧秤的示數(shù)不變，將畫有同心圓的平紙片置于圓環(huán)與輕繩的背后，緩慢移動紙片，使同心圓的圓心O與圓環(huán)重合，然后固定紙片，如圖乙所示． ③登記左右兩邊兩根輕繩與紙片邊緣的交點A和B，以及豎直方向輕繩與紙片邊緣的交點C.同時還要登記_________________________________________________________________ _________________________________________________________________. ④取下紙片，用刻度尺連接OA、OB及OC.設(shè)左右兩邊的輕繩對圓環(huán)的拉力分別為F1、F2，彈簧秤的拉力為F3. 試回答下列問題：圖5－11－23 (1)某次試驗中彈簧秤的讀數(shù)如圖5－11－23所示，則此時彈簧秤的讀數(shù)為F3＝________N. (2)完成步驟③中所缺少的試驗內(nèi)容． (3)試驗中每個鉤碼的重量為1N，同心圓中相鄰兩圓之間的距離也表示1N，某次試驗中的試驗數(shù)據(jù)記錄如圖5－11－22乙所示，用平行四邊形定則作出F1、F2的合力F′.過圓心O作出與F3等大反向的力F3′，比較F′與F3′的大小和方向可以得出的結(jié)論是_______________________________. 解析(1)由題圖5－11－23讀出彈簧秤的讀數(shù)為F3＝5.0N. (2)在該試驗中除了要記錄三個力的方向外，還要記錄三個力的大?。囼炛械怯涀笥覂蛇厓筛p繩與紙片邊緣的交點A和B，以及豎直方向輕繩與紙片邊緣的交點C，實際上就是記錄了三個拉力的方向．這三個力的大小的記錄方式是：豎直方向的拉力通過彈簧秤來記錄，兩邊的拉力通過所掛已知質(zhì)量的鉤碼來測量，若知道了鉤碼的個數(shù)，就知道了兩邊拉力的大小，所以要記錄的內(nèi)容是：登記兩邊輕繩所掛的鉤碼個數(shù)以及彈簧秤的讀數(shù)． (3)所作的圖如圖所示；比較F′與F3′的大小和方向可知F′與F3′在誤差允許范圍內(nèi)大小相等、方向相同． 答案(1)5.0 (2)兩邊輕繩所掛的鉤碼個數(shù)以及彈簧秤的讀數(shù) (3)如解析圖所示F′與F3′在誤差允許范圍內(nèi)大小相等、方向相同3．(2022·常州市訓(xùn)練學(xué)會同學(xué)學(xué)業(yè)水平監(jiān)測)如圖5－11－24所示是測量物塊與木板間動摩擦因數(shù)的試驗裝置．長木板固定在水平桌面上，打點計時器固定在長木板上，紙帶穿過打點計時器，與帶滑輪的物塊相連．沙桶和力傳感器通過繞在滑輪上的細(xì)繩相連．調(diào)整沙桶的質(zhì)量，當(dāng)放開沙桶時，使物塊在木板上做勻加速直線運動．(重力加速度為g，滑輪的質(zhì)量和摩擦可以忽視)圖5－11－24 (1)在某次測量中讀出力傳感器示數(shù)為F，為進一步測量動摩擦因數(shù)，下列物理量中還需測量的有________(填題首字母)． A．木板的長度L B．物塊的質(zhì)量m C．沙桶的質(zhì)量M D．紙帶的加速度a (2)利用測得的物理量寫出動摩擦因數(shù)的表達(dá)式μ＝________. (3)為使試驗結(jié)果更精確，該同學(xué)轉(zhuǎn)變沙桶的質(zhì)量，重復(fù)以上操作，得到多組數(shù)據(jù)如下表所示．以彈簧秤的示數(shù)F為橫軸，以加速度a為縱軸建立如圖5－11－25所示坐標(biāo)系，作出a－F圖象，已知重力加速度g＝9.8m/s2，則由圖象可得動摩擦因數(shù)μ＝________(保留一位有效數(shù)字)，物塊的質(zhì)量m＝________kg(保留一位有效數(shù)字).F/N1.52.02.53.04.0a/(m·s－2)0.481.01.561.953.0圖5－11－25 解析(1)以物塊為爭辯對象，由牛頓其次定律得2F－μmg＝ma，整理得μ＝eq\f(2F－ma,mg)，所以要測動摩擦因數(shù)μ，還需要測量物塊質(zhì)量m和物塊的加速度a(即紙帶的加速度)，故本題答案為選項B、D.(2)動摩擦因數(shù)的表達(dá)式為μ＝eq\f(2F－ma,mg).(3)由2F－μmg＝ma得a＝－μg＋eq\f(2,m)F，作出a－F圖象如答案圖所示，由圖線截距－μg＝－1.00和斜率eq\f(2,m)＝1.0得動摩擦因數(shù)為μ＝0.1、物塊質(zhì)量為m＝2kg. 答案(1)BD (2)eq\f(2F－ma,mg) (3)如圖所示0.09(或0.1)24．(2022·蘇北四市高三第一次調(diào)研測試)某同學(xué)用如圖5－11－26所示的裝置探究小車加速度與合外力的關(guān)系．圖中小車A左端連接一紙帶并穿過打點計時器B的限位孔，右端用一輕繩繞過滑輪系于拉力傳感器C的下端，A、B置于水平放置的一端帶有定滑輪的足夠長的木板上．不計繩與滑輪的摩擦及滑輪的質(zhì)量．試驗時，先接通電源再釋放小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點．該同學(xué)在保證小車A質(zhì)量不變的狀況下，通過轉(zhuǎn)變P的質(zhì)量來轉(zhuǎn)變小車A所受的外力，由傳感器和紙帶測得的拉力F和加速度a數(shù)據(jù)如下表所示．圖5－11－26次數(shù)12345F/N0.100.180.260.300.40a/(m·s－2)0.080.220.37____0.59 (1)第4次試驗得到的紙帶如圖5－11－27所示，O、A、B、C和D是紙帶上的五個計數(shù)點，每兩個相鄰點間有四個點沒有畫出，A、B、C、D四點到O點的距離如圖．打點計時器電源頻率為50Hz.依據(jù)紙帶上數(shù)據(jù)計算出小車加速度a為________m/s2.圖5－11－27 (2)在試驗中，________(選填“需要”或“不需要”)滿足重物P的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車A的質(zhì)量． (3)依據(jù)表中數(shù)據(jù)，在圖5－11－28坐標(biāo)系中做出小車加速度a與力F的關(guān)系圖象．圖5－11－28 (4)依據(jù)圖象推想，試驗操作中重要的疏漏是________． 解析(1)由于每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個點沒有畫出，所以相鄰的計數(shù)點間的時間間隔：T＝0.1s； 依據(jù)圖中數(shù)據(jù)運用逐差法計算加速度 a＝eq\f(CD＋BC－AB－OA,4T2)＝eq\f(0.0435－0.0131－0.0131,4×0.01)m/s2≈0.43m/s2. (2)由于繩子拉小車的力可以由拉力傳感器直接測量出來，故不需要滿足重物P的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量． (3)運用描點，擬合直線法，描繪的a－F圖線如下圖所示． (4)從上圖中發(fā)覺直線沒過原點，當(dāng)F≤0.1N時，a＝0.也就是說當(dāng)繩子上有拉力時小車的加速度還為0，說明小車的摩擦力與繩子的拉力抵消了．該同學(xué)試驗操作中遺漏了平衡摩擦力這個步驟．所以緣由是沒有平衡摩擦力或摩擦力平衡不夠． 答案(1)0.43(2)不需要(3)如解析中所示 (4)沒有平衡摩擦力或者摩擦力平衡不足5．(2022·德州二模)某同學(xué)設(shè)計了如圖5－11－29甲的試驗裝置測定一個物塊的質(zhì)量，他將一端帶有定滑輪的長木板水平放置，物塊一端通過細(xì)線與力傳感器和重物連接，一端連接穿過打點計時器的紙帶．他通過轉(zhuǎn)變重物的質(zhì)量使物塊在不同的拉力作用下運動，物塊所受拉力F的大小由力傳感器讀出，物塊運動的加速度a由紙帶上打點計時器打出的點計算出，該同學(xué)通過多次試驗測得的數(shù)據(jù)畫出了物塊加速度a與所受拉力F的關(guān)系圖線如圖乙．圖5－11－29 (1)該同學(xué)測得物塊的質(zhì)量m＝________kg. (2)利用該同學(xué)的數(shù)據(jù)還可得出物塊和長木板之間的動摩擦因數(shù)μ＝________(已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝10m/s2) (3)下面做法可以減小物塊質(zhì)量的測量誤差的是________ A．盡量減小定滑輪處的摩擦 B．盡量使重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于物塊的質(zhì)量 C．試驗前將長木板右側(cè)適當(dāng)抬高來平衡摩擦力 D．轉(zhuǎn)變重物的質(zhì)量進行多次試驗 答案(1)0.5(2)0.2(3)AD6．一名同學(xué)想測量U形磁鐵中N、S極之間的磁感應(yīng)強度的大小，試驗中假設(shè)該磁場為勻強磁場．方案設(shè)計如下：圖5－11－30 將兩條間距為d、電阻可忽視不計的長直金屬導(dǎo)軌固定在傾斜的木板上，在導(dǎo)軌一端用導(dǎo)線接入肯定值電阻R，將一橫截面為方形的長度略大于d的金屬細(xì)桿與紙帶相連，垂直放在導(dǎo)軌上，金屬細(xì)桿質(zhì)量為m，電阻為r；紙帶另一端穿過打點計時器．導(dǎo)軌中間有幾個完全相同的緊挨在一起的U形磁鐵(未在圖中畫出)，形成可認(rèn)為僅分布在MN和PQ之間的勻強磁場，磁場方向垂直導(dǎo)軌平面斜向上，裝置如圖5－11－30所示． 接通打點計時器的電源，然后由靜止釋放金屬細(xì)桿．金屬細(xì)桿帶動紙帶沿導(dǎo)軌下滑，打點計時器電源頻率為50Hz；在紙帶上打下一系列的點，如圖5－11－31(紙帶上)A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K是計數(shù)點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點沒有標(biāo)出．其中AB＝1.81cm、BC＝4.80cm、CD＝7.80cm、DE＝10.81cm、EF＝13.06cm、FG＝13．81cm、GH＝13.80cm、HI＝13.80cm、IJ＝14.56cm、JK＝17.55cm.圖5－11－31 (1)分析紙帶可推知，金屬桿在沿導(dǎo)軌下滑的過程中，未進入磁場前做________運動，加速度大小為a＝______m/s2，經(jīng)過磁場時做________運動，速度大小為v＝________m/s.(計算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) (2)若金屬桿進入磁場前的加速度為a，在磁場中運動的速度為v，則試驗測得U形磁鐵中N、S極之間的磁感應(yīng)強度B的表達(dá)式為________(用題中所給字母表示)． 解析(1)從紙帶AE段數(shù)據(jù)可以看出：任意相鄰兩段的位移差都接近3.00cm，金屬桿在沿導(dǎo)軌下滑的過程中，未進入磁場前做勻變速直線運動；依據(jù)勻變速直線運動的特征式Δx＝aT2，Δx＝3.00cm，T＝0.1s，可知加速度a＝eq\f(Δx,T2)＝3.0m/